激光测量仪在船舶轴系镗孔工艺中的应用

林飞 朱家涛

摘 要：船舶轴系前后轴承座镗孔工艺，一直是船舶建造中的重点和难点。考虑到镗杆因为自重会产生挠度，以往都是先在车间采用钢丝加内卡钳来测量计算镗杆挠度，然后依据车间测量数据进行镗杆固定，这种受限于钢线挠度计算精度和内卡钳测量精度的工艺，已经难以满足技术要求。本文介绍将激光测量仪应用于镗杆挠度测量和精镗前镗杆调整，制订新的镗杆挠度测量和镗杆船上校直调整工艺，以满足日益提高的前后轴承同心度技术要求。

关键词：激光测量仪；尾轴管；镗杆；同轴度。

中图分类号：U671.99 文献标识码：A

Abstract： Boring technology of ship stern tube bearing seat is not only the key point of ship building， but also a difficult point to ensure the concentricity of front and after bearing seat of stern tube. Usually， boring rod produces bending because of its weight， in the past， the bending data of boring rod is measured and calculated by piano wire in the workshop， and the boring rod is adjusted to the measure data after inserting the boring rod into stern tube. But， because of the high temperature phenomenon of ship stern tube bearing many times， this technology is limited by the accuracy of piano wire bending calculation and accuracy of caliper measured by the worker， its hard to meet the technical requirements. This paper introduces a new technology by a laser measuring instrument to obtain the more and more high concentricity.

Key words： Laser measuring instrument； Stern tube； Boring rod； Concentricity

1 前言

当前伴随着各种节能型绿色船舶的设计，对尾管轴承同心度提出了更高的要求。影响各轴承同心度的主要因素有两个：一是轴承内外圆的同心度程度。由于轴承内外圆的加工都是在车床上加工的，其精度相对可控；另一个是各轴承座镗孔后的同心度程度。由于轴承座镗孔都是在船上采用可拆式镗孔系统进行镗孔，其精度较难控制，故一直是船舶建造中的难点之一。因此，各船级社对于镗孔后的各轴承座同心度日益重视，均要求对镗孔后的前后轴承孔进行激光同心度测量，这在以往并不是必要项目，其重视程度可见一斑。

2 船舶轴系镗孔工序

以我司建造的某VLOC船为例，该船为尾机型单机单桨船舶，尾管轴承分别为前轴承和后轴承，尾管长度超过7 m，采用10 m长镗杆加工，工艺流程如下：

（1）依据尾管长度和前后轴承座的长度，合理策划镗杆及附件布置图；

（2）依据镗杆及附件布置图，在车间按琴钢丝挠度修正工艺测量计算镗杆挠度；

（3）拉线望光结束后，依据镗杆及附件布置图在船上安装镗杆及其附件，并按照上述所测挠度值对镗杆进行反变形调整和固定；

（4）将前后轴承座进行粗镗和半精镗；

（5）精镗前，对镗杆再次进行挠度反变形检查、调整和固定；

（6）精镗轴承座前后内孔、尾管前后端面加工；

（7）拆出镗杆；

（8）用激光测量仪测量尾管前后軸承座同心度、镗孔内径尺寸、各加工尺寸及粗糙度等。

由上述工艺流程可见，轴承座同心度的关键控制点有两个：一是在车间对镗杆实际挠度值的测量；二是在船上依据车间测量结果对镗杆精度进行实际调整精度。

3 镗杆琴钢丝挠度修正及船上调整工艺

3.1 琴钢丝挠度修正工艺

（1）如图1所示，模拟船上位置布置好镗杆及其附属部件，拉0.6 mm的琴钢丝线、挂重30 kg；

（2）调整钢丝高度支架，使镗杆两端h0高度相等；

（3）测量h1和h4的值，确保h1和h4相差值<0.04mm；

（4）测量h2和h3的值，确保h2和h3相差值≤0.05 mm；

（5）各测量点的琴钢丝挠度修正值按下式计算：

3.2 镗杆船上调整工艺

（1）依据镗杆及附件布置图，将镗杆在船上布置好；

（2）调整前后端支撑轴承，使得在前后尾管端面处镗杆与拉线望光确定的检查圆同心；

（3）在镗排的两个中间支撑轴承的上方和左右方向各架一块百分表，整体抬高镗排保证中间支撑轴承处左右两个百分表的数值变化一样，且上方百分表变化量为车间测量所得的镗杆中间支撑轴承处挠度值a（n），然后锁紧中间支撑轴承的顶丝；

（4）降低镗杆前后端面轴承，使前后端面处的镗杆与检查圆再次同心，锁紧前后端支撑轴承；

（5）开始粗镗、半精镗；

（6）在精镗前，重复上述（2）（3）（4）的过程，完成后方可进行精镗工作。

4 镗杆激光挠度修正及船上调整工艺

4.1 激光挠度修正工艺

（1）在车间按镗杆及附件布置图布置好镗杆及其附属部件，如图2所示。

（2）布置好激光发射器及激光接收器，如图3所示。

（3）如图3架设好激光发射器，分别在测量点1～6放置激光接收器，测量出各点高度值。以测量点1和6为基准点（设置零点），激光电脑设备系统自行运算得出各点挠度值（理论上测量点2和5、测量点3和4的是相等的，若测量值不等则调整配重环位置或重量）。依据测量值a（2）和a（3）的平均值，确定后中间轴承挠度修正值；依据测量值a（4）和a（5）的平均值，确定前中间轴承的挠度修正值。

上述激光挠度修正工艺所测量得出的镗杆挠度值仅用于粗镗和半精镗前的镗杆调整。为进一步提高精度，精镗前的镗杆调整采用下面所介绍的的激光法在船上进行调整，如图4所示。

4.2 船上激光调整工艺

（1）测量多选在太阳下山后进行，船体温度左右舷基本一致。如图4所示设置测量点1～6。其中，测量点6和1分别为尾管前后端面所在位置，测量点2与3距离后中间轴承中心线距离相等，测量点4和5距离前中间轴承中心线距离相等；

（2）测量步骤

① 在尾管后端面往后约100 mm处架设激光发射器，在测量点1位置放置激光接收器，依据激光仪显示单元上倾角数据调整激光发射器的角度位置，直至激光发射器处于镗杆的正上方；

② 移动接收器的高低位置，使得激光发射点落在接收器的接收范围内；

③ 将接收器放在测量点6的位置，旋转激光发射器上远距离激光偏移旋钮，直至激光落在接收器的接收范围内；

④ 将激光接收器放在测量点1～6的位置，依据电脑显示的倾角数据调整接收器的角度，使得接收器处于镗杆的正上方；

⑤ 将测量点1和6设置为参考点（零点），系统计算出测量点2～5的高低偏移值；

⑥ 将激光发射器水平放置（旋转90°），激光接收器同样也偏转90°，依上述测量上下偏移的方法测出镗排中间轴承处镗杆左右偏移值。

（3）3.2.3依据电脑得出的中间支撑轴承处镗杆偏移值，进行中间支撑轴承镗排调整，具体步骤如下：

① 在前中间支撑轴承前端（测量点5）和后中间支撑轴承后端（测量点2）的正上方和正右方（或正左方）各架设一块百分表；

② 按照上述偏移量调整中间支撑轴承的顶丝，以达到调整镗杆的目的；

③ 四块百分表均达到调整量后，再将百分表数值全部调整为零；

④ 监控四个百分表读数仍为零，锁死中间支撑轴承；

⑤ 拆走全部百分表；

⑥ 由于鏜杆与轴承间有间隙，加之调整后镗杆存在扭曲的可能，所以需将镗杆空转5分钟后再次测量镗杆直线度；

⑦ 重复上述测量与调整的过程，直至测量得出的镗杆的直线度数据在竖直和水平方向均在0.05 mm内，说明镗杆直线度满足工艺要求，至此方可进行精镗孔作业。

5 结论

新旧工艺的对比，见表1。

通过在某系列四艘VLOC上使用新的镗杆激光挠度修正工艺及实船激光调整工艺，尾管前后轴承座加工后的同心度全部控制在0.09 mm以内，与以往工艺对比精度提升了一倍以上，解决了困扰我们多年的轴承同心度精度控制难题。

参考文献

[1] GB/T 34000-2016 中国造船质量标准.

[2] EASY-LASER E950型05-0543 Revision 1.0.

[3] CB/T 3625-94 舵、轴系找中镗孔质量要求.